(57)【要約】【課題】  量産性よく、半導体装置の支持基板を形成する。【解決手段】  本発明は、半導体素子と電気的に接続する導体配線を有し、該半導体素子を搭載する支持基板の形成方法であって、セラミックス基板１の表面に、導電性部材により第一のパターンニング２ａ、２ｂ、２ｃを施す第一の工程と、上記第一のパターンニングがされた面にサンドブラスト処理を施す第二の工程と、上記サンドブラスト処理により表出したセラミック素地面に対し、上記第一のパターニングと電気的に接続するように、導電性部材により第二のパターンニング５を施す第三の工程とを有することを特徴とする支持基板の形成方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と電気的に接続する導体配線を有し、該半導体素子を搭載する支持基板の形成方法であって、
セラミックス基板の表面に、導電性部材により第一のパターンニングを施す第一の工程と、
前記第一のパターンニングがされた面にサンドブラスト処理を施す第二の工程と、
前記サンドブラスト処理により表出したセラミック素地面に対し、前記第一のパターニングと電気的に接続するように、導電性部材により第二のパターンニングを施す第三の工程とを有することを特徴とする支持基板の形成方法。
【請求項２】
前記サンドブラスト処理により表出したセラミック素地面において、その側壁面の傾きが４５から８０度とされる請求項１に記載の支持基板の形成方法。
【請求項３】
平均粒径７〜３０μｍの研磨剤にてサンドブラスト処理される請求項１または２に記載の支持基板の形成方法。
【請求項４】
半導体素子と、該半導体素子と電気的に接続する導体配線とを有し、該半導体素子を搭載する支持基板とを有する半導体装置の形成方法であって、
セラミックス基板の表面に、導電性部材により第一のパターンニングを施す第一の工程と、
前記第一のパターンニングがされた面にサンドブラスト処理を施す第二の工程と、
前記サンドブラスト処理により表出したセラミック素地面に対し、前記第一のパターニングと電気的に接続するように、導電性部材により第二のパターンニングを施す第三の工程と、
前記半導体素子と前記パターニングとを電気的に接続する第四の工程とを有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項５】
前記支持基板の凹凸形状に、光学部材の端部を嵌合させて固定する第五の工程をさらに有する請求項４に記載の半導体装置の形成方法。
【請求項６】
前記半導体素子は、同一面側に正負一対の電極を有し、該電極が導電性部材を介して、前記サンドブラスト処理により形成された凸部上面に実装され、前記第一のパターニングと接続される請求項４または５に記載の半導体装置の形成方法。
【請求項７】
前記半導体素子は、前記支持基板と前記光学部材とにより気密封止される請求項５または６に記載の半導体装置の形成方法。
【請求項８】
前記光学部材が絶縁性接着剤により固定される請求項５乃至７に記載の半導体装置の形成方法。
【請求項９】
半導体素子と、該半導体素子と電気的に接続する導体配線を有し該半導体素子を搭載する支持基板とを有する半導体装置であって、
前記支持基板に施された導体配線は、半導体素子と導電性部材を介して電気的に接続する第一の領域及び半導体装置への給電を行う第二の領域とを有する第一の導体配線領域と、
前記第一の領域および第二の領域を電気的に接続し前記第一の導体配線領域とは表面粗さが異なる第二の導体配線領域とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記第一の導体配線領域の表面粗さは、前記第二の導体配線領域の表面粗さより小さい請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記支持基板は、光学部材の端部が嵌合する凹部を有し、該凹部の側壁上面が前記第一の導体配線領域とされている請求項９または１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第二の領域とされる支持基板の上面は、前記光学部材の端部上面と略同一面である請求項１１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の発光装置、例えば、投入される電力が比較的大きく、高出力の発光素子が収納された発光装置として、家庭用照明や車載用照明に用いることができる低熱抵抗で放熱性に優れる発光装置に関する。特に本発明は、半導体素子を搭載するための支持基板の形成方法およびその支持基板を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子は、発光装置の光源として利用することができる。さらに、近年、半導体発光素子と該半導体発光素子からの光を吸収して発光する蛍光物質とを組み合わせ、白色系の混色光を発光する発光装置が実用化され、電化製品のインジケータ及び液晶のバックライトなどの表示用に使用されてきている。そして、高い発光効率及び高輝度化により室内照明や車載用照明等に広く利用されることが期待されている。
【０００３】
これらの発光装置における半導体発光素子は、発光に伴って発熱し、発光装置全体の温度も上昇させることとなる。そこで、耐熱性の高いセラミックスを半導体素子の支持部材の材料とすることにより、発光素子の熱は、速やかに効率よく放熱することができる。このようなセラミックスを材料とする半導体素子の支持体は、例えば、複数の未焼成のセラミックシートを積層させ、半導体素子を収納する凹部を形成した後、焼成することにより形成されている。このような凹部に発光素子を収納する発光装置において、発光素子からの光の一部は凹部の側壁方向に出射するため、凹部の内壁面をテーパー形状にしたり、発光素子からの光を反射する機能を有する金属にて内壁面を被覆したりすることが必要となる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、焼成された平板状セラミック基板に導体配線を施し、半導体素子を搭載する支持基板とするものがある。例えば、特許文献２に開示される支持基板における導体配線は、セラミック基板に塗布された導電性材料に対して感光性材料からなるマスクパターンを施し、マスクされていない導電性材料をサンドブラスト加工により取り除いた後、マスクパターンを除去することにより施されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２１５００１号公報
【特許文献２】特開平７−２０２３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の平板状セラミック基板に導体配線が施された支持基板は、その支持部材の形成工程が複雑である。すなわち、導電性部材をサンドブラスト加工するためのマスクとなる感光性材料を必要とし、その感光性材料のパターニングおよびサンドブラスト加工後のマスク除去工程が必要となる。そこで、形成工程のさらなる簡略化が望まれる。
【０００７】
また、平板状セラミック基板に導体配線が施された支持基板に対し、半導体素子を実装するサブマウントのような補助部材を設けるためには、別工程にて形成された補助部材を上記支持部材に接着する工程が必要となり、半導体装置の製造工程における作業性を低下させる。さらに、接着された補助部材は、その接着剤の部分において熱伝導率が異なることにより、半導体素子から支持部材の方向への円滑な放熱ができない。
【０００８】
そこで、本発明は、セラミックスを材料として作業性よく支持部材を形成し、さらに放熱性のよい半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
半導体素子と電気的に接続する導体配線を有し、該半導体素子を搭載する支持基板の形成方法において、上記目的を達成するため、本願発明にかかる支持基板の形成方法は、セラミックス基板の表面に、導電性部材により第一のパターンニングを施す第一の工程と、上記第一のパターンニングがされた面にサンドブラスト処理を施す第二の工程と、上記サンドブラスト処理により表出したセラミック素地面に対し、上記第一のパターニングと電気的に接続するように、導電性部材により第二のパターンニングを施す第三の工程とを有することを特徴とする。このように構成すると、セラミックスを材料として量産性よく支持部材を形成することができる。
【００１０】
また、上記サンドブラスト処理により表出したセラミック素地面において、その側壁面の傾きが４５から８０度とされることが好ましい。また、平均粒径７〜３０μｍの研磨剤にてサンドブラスト処理されることが好ましい。これにより、セラミックス基板に応力を掛けずに加工することができ、信頼性の高い支持基板とすることができる。
【００１１】
また、半導体素子と、該半導体素子と電気的に接続する導体配線とを有し、該半導体素子を搭載する支持基板とを有する半導体装置の形成方法において、上記目的を達成するため、本願発明にかかる半導体装置の形成方法は、セラミックス基板の表面に、導電性部材により第一のパターンニングを施す第一の工程と、上記第一のパターンニングがされた面にサンドブラスト処理を施す第二の工程と、上記サンドブラスト処理により表出したセラミック素地面に対して上記第一のパターニングと電気的に接続するように導電性部材により第二のパターンニングを施す第三の工程と、上記半導体素子と前記パターニングとを電気的に接続する第四の工程とを有する。このように半導体装置を形成すると、量産性よく放熱性の高い半導体装置を形成することができる。
【００１２】
また、上記支持基板の凹凸形状に、光学部材の端部を嵌合させて固定する第五の工程をさらに有する。これにより、光学部材の支持基板に対する実装精度を高めることができる。
【００１３】
また、上記半導体素子は、同一面側に正負一対の電極を有し、該電極が導電性材料を介して、上記サンドブラスト処理により形成された凸部上面に実装され、上記第一のパターニングと接続されることが好ましい。これにより、サブマウントのような別体の補助部材を接着させて載置することなく、放熱性および光学特性に優れた半導体装置を形成することができる。
【００１４】
また、上記半導体素子は、上記支持基板と上記光学部材とにより気密封止される。また、上記光学部材が絶縁性接着剤により固定されることが好ましい。これにより、良好な気密封止を行うことができる。
【００１５】
また、上記サンドブラスト加工により、凹部の側壁面の傾きが４５から８０度とされることが好ましい。また、平均粒径７〜３０μｍの研磨剤にてサンドブラスト処理されることが好ましい。これにより、セラミックス基板に応力を掛けずに加工することができ、信頼性の高い支持基板とすることができる。
【００１６】
また、本発明にかかる半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子と電気的に接続する導体配線を有し該半導体素子を搭載する支持基板とを有する半導体装置であって、上記支持基板に施された導体配線は、半導体素子と導電性部材を介して電気的に接続する第一の領域及び半導体装置への給電を行う第二の領域とを有する第一の導体配線領域と、上記第一の領域および第二の領域を電気的に接続し上記第一の導体配線領域とは表面粗さが異なる第二の導体配線領域とを有することを特徴とする。さらに、第一の導体配線領域の表面粗さは、第二の導体配線領域の表面粗さより小さい。
【００１７】
これにより、半球面ガラスのような光学部材は、サンドブラスト処理により粗面化された支持基板表面に強固に接合することができる。また、第二の導体配線領域を形成する際に、金属材料の密着性が向上するため、スパッタ等による第二の導体配線領域のパターニングが容易となる。また、半導体素子と導電性部材を介して電気的に接続する第一の領域や外部電極から半導体装置への給電を行う第二の領域の表面は、マスクとしてサンドブラストの照射を受けて粗面化されており、半田のような導電性部材と密着する。このように、導電性部材と接続する部分は粗面とすることにより、半導体装置の各構成部材同士の電気的接続性が向上され信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１８】
また、上記支持基板は、光学部材の端部が嵌合する凹部を有し、該凹部の側壁上面が上記第一の導体配線領域とされている。これにより、光学部材の端部は、凹部側壁により位置決めされ、支持基板に対する光学部材の装着性が向上する。
【００１９】
また、上記第二の領域とされる支持基板の上面は、上記光学部材の端部上面と略同一面とすることが好ましい。これにより、光学部材の端部に遮られることなく、光学部材の光学機能を有する部分から半導体発光素子からの光を出射させることができ、光取り出し効率に優れた発光装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の形成方法により、放熱性が向上された半導体発光素子を量産性良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための支持基板、半導体装置およびその製造方法を例示するものであって、本発明は以下に限定されない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
【００２２】
本発明による支持基板の形成方法は、セラミックスからなる平板状基板の前面に導電性部材にてパターンニングを施し、サンドブラスト加工により、該導電性部材が配置された領域以外を切削する工程と、サンドブラスト加工されていないセラミックス基板前面の導電性部材のパターンと接続するように、サンドブラスト加工により切削されて表出したセラミック素地の表面にスパッタリング、印刷あるいはメッキ等により導体配線のパターンを形成する工程と、を少なくとも有する。これにより、サンドブラスト加工のマスクパターンを除去する工程を必要とすることがなくなり、量産性よく支持基板を形成することができる。また、サンドブラスト加工により形成された凸部上面を半導体素子の実装面とすることができる。さらに、その実装面を所定のパターンでサンドブラスト加工することにより、その加工された部分を導体配線の正負絶縁分離部とすることができる。さらに、サンドブラスト加工により形成されたセラミック基板の凹凸形状を光学部材の装着面とし、凹凸形状を光学部材の位置合わせに利用する。これにより、支持基板に対する光学部材の実装精度を向上させることができる。
【００２３】
例えば、発光素子を支持基板に実装して発光装置とするとき、発光素子の側面からの出光を有効に利用するため、発光素子を平板状の支持基板の主面より高い位置に配置する必要がある。そのため、従来の発光装置において、発光素子は、サブマウントと呼ばれる補助的な支持部材を介して支持基板に実装されることがあった。このような従来の発光装置において、サブマウント用基板を支持基板に固定する必要があり、固定には絶縁性接着剤あるいはＡｇペーストやロウ材が使われていた。
【００２４】
しかしながら、絶縁性接着剤は熱伝導性が悪く、またロウ材は、それ自体が導電性を持っている為、発光装置内部の配線を複雑にする原因となっていた。また、サブマウント用基板を支持基板の所定の位置に接着するとき、位置決めが困難であり装着精度が悪かった。
【００２５】
そこで、本発明は、セラミックス基板をサンドブラスト加工することにより生じた凹凸形状の凸部をサブマウントの代わりとして利用することにより、別工程で補助部材を設ける工程を不要とすることができる。
【００２６】
また、サンドブラスト加工により形成された凹部の側壁面は、通常、テーパー形状となる。したがって、上記凹凸形状のうち、凸部は、半導体素子の実装面から該半導体素子と反対側の方向に徐々に断面積が大きくなるようなテーパー形状となる。これにより、凸部の上面に実装された半導体素子からの放熱性を向上させることができる。
【００２７】
また、発光装置において、凸部の上面を発光素子の実装面とすることにより、発光素子を光学部材の実装面より高い位置に実装することができる。したがって、光学部材が固定されている部分（例えば、球面レンズの縁やレンズを支持基板に固定するための接着剤）により、発光素子の側面から出射された光が遮られることがなくなり、光学特性に優れた発光装置とすることができる。
【００２８】
本発明にかかる支持基板と、該支持基板に実装される半導体素子の配光性を制御する光学部材と、を有する半導体装置とすることができる。ここで、光学部材の形状は、受光素子への集光性や発光素子からの光の配光性を制御するため、種々の形状とされる。このような光学部材の一例として、光学部材の一部を空洞（中空）にし、かつ均一な厚みでドーム形状としたレンズが挙げられる。このとき、空洞の部分には空気あるいは窒素ガスのような不活性気体が封入されることが好ましい。特に、窒素ガスのような不活性気体を封入することにより、放熱性を向上させるために金属粒子が含有された導電性接着剤の品質劣化を防止することができる。例えば、保護素子の接着剤として利用されるＡｇペーストのマイグレーションを防止し、信頼性の高い発光装置とすることができる。また、半導体素子は、空洞の部分に収納され、光学部材と支持基板とにより気密封止される。したがって、発光素子から出射した光は、上記不活性気体を媒質としてレンズの発光観測面から出射する。これにより、発光装置として上記空洞部分に収納された光源（発光素子）の部分が見かけ上、大きくならない様にすることができる。つまり、ガラスや樹脂等が中空でない場合は、それら自体が凸レンズとして機能し、見かけ上光源サイズが大きくなり、反射面のような他の光学部材に対する発光面が大きくなる。これを用いて所定の配光特性を実現させるためにはより大きな光学系が必要となる。一方、中空とすることにより、他の光学部材に対する発光面を比較的小さくとることができ、配光性をより制御しやくすなり、優れた配光性を得ることができる。
【００２９】
光学部材は、サンドブラスト加工により生じたセラミックス基板の凹凸形状により、位置合わせされて実装されることが好ましい。光学部材の具体的材料は、硬質ガラス、ソーダライムガラスのような軟質ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、光学部材の成型に適した材料とすることが好ましい。このような材料により、光学部材は、発光素子からの光を光学制御できるよう、球面レンズなど種々の形状に成型される。また、このような光学部材とセラミックス基板との固定は、エポキシ系あるいはポリイミド系樹脂からなる絶縁性接着剤とすることが好ましい。これにより、光学部材の中空部分を良好な気密状態にすることができ、発光装置の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
同一面側に正負一対の電極を有する発光素子は、その電極が導電性材料を介して支持基板の導体配線に接続されるフリップチップ実装されることが好ましい。導電性材料は、Ａｕ、半田、とすることができる。これにより、発光素子の電極と導体配線とを接続する導電性ワイヤを必要とすることがなくなるため、放熱性および信頼性の高い発光装置とすることができる。また、導電性ワイヤが発光素子からの光を遮ることがなくなり、光学特性に優れた発光装置とすることができる。以下、本形態における半導体装置の形成方法および本形態の各構成について詳述する。
【００３１】
（第一のパターン形成工程）
本工程は、セラミック基板に対し、サンドブラストのマスクとなり、かつ半導体支持基板の導体配線ともなるようなパターンを導電性部材により形成する工程である。
【００３２】
セラミック基板の材料は、熱伝導率の優れたＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ，ＳｉＣ，ＳｉＯ２，ＢｅＯとすることができる。また、導電性部材の材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎから選択された金属あるいはそれらの合金とすることが好ましい。ここで、これらの金属とセラミック基板との密着性を考慮し、Ｎｉ、Ｐｔのような金属を下地層として、上記金属材料を積層させてもよい。
【００３３】
本工程のパターンは、所定のマスクパターンを利用し、スパッタリング、蒸着、メッキなどの方法あるいはそれらを一種以上組み合わせた方法により形成される。また、導体ペースト中の樹脂バインダーを焼成することにより施される導体配線を第一のパターンとすることもできる。
【００３４】
（サンドブラスト処理工程）
本工程は、サンドブラスト処理により、第一のパターンが施されていないセラミック材料の部分を取り除く工程である。すなわち、本工程では、マスクとなる第一のパターンが形成されたセラミック基板の面に対して、サンドブラストノズルからエアーと同時に研磨材を吹き付けて、第一のパターンから露出されたセラミック材料を取り除く工程である。
【００３５】
ここで、研磨材の具体的な材料は、セラミック基板の硬度により選択されるものであり、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素あるいは、それらを少なくとも一種以上含む混合物とすることが好ましい。さらに、研磨剤は粒子状とし、その粒径を７〜３０μｍとすることが好ましい。また、凹部の側壁面の傾きが４５から８０度とされることが好ましい。これより、セラミック基板に応力を掛けずにサンドブラスト加工することができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００３６】
また、サンドブラスト加工のマスクとされた第一のパターン２の表面は、研磨材の噴射を受けることにより粗面化されることとなる。この第一のパターン２は、半田を介して外部の電極端子と接続することができる。あるいは、バンプや導電性ワイヤを介して半導体素子の電極と接続する。第一のパターン２の表面粗さを適宜調整することにより、第一のパターンの金属材料と半田やバンプとの濡れ性が向上し、信頼性に優れた半導体装置とすることができる。このように、導体配線としても利用できるパターンをマスクとしてサンドブラスト処理することにより、マスクを除去する工程や、導体配線表面を粗面化する別の工程を必要とすることがなくなり、本発明は、量産性が向上した半導体装置とすることができる。
【００３７】
（第二のパターン形成工程）
本工程は、サンドブラストにより削られたセラミック基板の素地面に対して、半導体素子への給電を行う導体配線となる第二のパターンを施す。さらに、本工程で施される第二のパターンは、サンドブラスト工程のマスクとした第一のパターンと電気的に接続される。そして、本工程で施される第二のパターンを導体配線として半導体素子に接続させ、サンドブラスト工程のマスクとした第一のパターンを外部電極と接続させるための導体配線とすることができる。また、第二のパターンを導体配線として、他の半導体素子を搭載することができる。例えば、半導体発光素子を過電圧による破壊から保護するため、チップ状のツェナーダイオードを導体配線と導電性接着剤（例えば、導電性ワイヤ、Ａｇペースト）により接続させ、支持基板に搭載することができる。なお、第二のパターンの表面は、サンドブラストの照射を受けておらず、第一のパターンとは表面粗さが異なる。すなわち、第二のパターンは、第一のパターンと比較して、その金属表面の荒れが小さい。したがって、第二のパターンは、発光素子からの光を発光観測方向へ効率よく反射させることができる。このように、本願発明の形成方法によれば、導電性部材との密着性（第一のパターン）と光反射性（第二のパターン）とを機能分離させた配線パターンを形成することが容易にできる。
【００３８】
第二のパターンとされる導電性部材の材料は、第一のパターンの材料と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎから選択された金属あるいはそれらの合金とすることが好ましい。ここで、これらの金属とセラミック基板との密着性を考慮し、Ｎｉ、Ｐｔのような金属を下地層として、上記金属材料を積層させてもよい。
【００３９】
本工程の導体配線は、スパッタリング、蒸着、メッキなどの方法あるいはそれらを一種以上組み合わせた方法により形成される。また、導体ペースト中の樹脂バインダーを焼成することにより施される導体配線を第二のパターンとすることもできる。
【００４０】
（半導体素子）
本発明における半導体素子は、発光素子、受光素子、およびそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子（例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー）、あるいはそれらを二種以上組み合わせたものとすることができる。ここでは、半導体素子の一例として、発光素子（ＬＥＤチップ）について説明する。ＬＥＤチップを構成する半導体発光素子としては、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００４１】
窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ等のバッファ層を形成し、その上にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【００４２】
窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子の例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げられる。
【００４３】
窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。
【００４４】
ｐ型半導体層には、発光素子に投入された電流をｐ型半導体層の全面に広げるための拡散電極が設けられる。さらに、拡散電極およびｎ型半導体層には、バンプや導電性ワイヤのような導電部材と接続するｐ側台座電極およびｎ側台座電極がそれぞれ設けられる。ここで、バンプの材料としては、例えばＡｕやＡｕ−Ｓｎ共晶、鉛フリー半田が挙げられる。また、導電性ワイヤの材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕあるいはそれらを含む合金からなる細線が挙げられる。
【００４５】
拡散電極あるいはｐ側台座電極、およびｎ側台座電極の形成は、エッチング等の方法によりｎ型半導体を露出させた後、蒸着法やスパッタリング法により行う。また、拡散電極あるいはｐ側台座電極の形状は、発光素子全面に電流が均一に広がるように、種々の形状とされる。
【００４６】
本形態において、ｐ側およびｎ側台座電極の材料は、バンプに含有される材料の少なくとも一種を含有することが好ましい。すなわち、バンプがＡｕを材料とするときは、ｐ側およびｎ側台座電極の材料、特にバンプとの接合面となる最上層の材料は、ＡｕまたはＡｕを含む合金とする。例えば、ｐ側およびｎ側台座電極は、Ｗ／Ｐｔ／ＡｕやＲｈ／Ｐｔ／Ａｕとされ、それぞれの金属の厚みは数百Å〜数千Åである。なお、本明細書中において、記号「Ａ／Ｂ」は、金属Ａおよび金属Ｂが順にスパッタリングあるいは蒸着のような方法により積層されることを示す。
【００４７】
また、ｐ型半導体層側全面に形成される拡散電極は、発光素子の出光を発光素子の透光性基板方向へ反射させる材料とすることが好ましい。例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｈ／Ｉｒが挙げられる。さらに、これらの材料と組み合わせて、或いは単独で、ｐ型半導体の全面にＩＴＯ（インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）の複合酸化物）、ＺｎＯのような酸化物導電膜や、Ｎｉ／Ａｕ等の金属薄膜を透光性電極として形成させることができる。
【実施例１】
【００４８】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００４９】
図５および図７は、本実施例にかかる発光装置の模式的な斜視図および断面図をそれぞれ示す。本実施例にかかる発光装置は、発光素子と、該発光素子を搭載するセラミック基板と、発光素子の配光性を制御するレンズとを有する。発光素子は、サンドブラスト加工により形成されたセラミック基板の導体配線に対し、フリップチップ実装されている。また、レンズは、発光素子を外部環境から保護し、発光素子からの光の配光性を制御するため、発光素子と対向する側に凹面を有し、厚みが均一な半球状とされている。
【００５０】
図１から図４は、本実施例にかかるセラミックス基板の形成工程を示す模式的な斜視図である。本実施例における支持部材の形成工程について、以下、図面を参照しながら説明する。
【００５１】
（工程１）
図１に示されるように、窒化アルミニウムを材料とする平板状のセラミックス基板１（寸法９．０ｍｍ×１２ｍｍ×２．０ｍｍ）に対し、Ａｕを材料とするスパッタリングを行い、第一のパターン２を形成する。なお、平板状のセラミックス基板１の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ以下である。このような表面粗さとすることにより、後述する発光素子の実装工程において、発光素子をバンプにてフリップチップ実装する際の接合強度を十分にとることができる。
【００５２】
第一のパターン２は、セラミック基板前面の隅に、互いに対向し短冊状に配される領域２ａおよび２ｃと、セラミック基板前面の中央付近に配される領域２ｂとからなる。ここで、領域２ａおよび２ｃは、発光装置に対して外部から給電を行うための接続端子として機能する。また、領域２ｂは、サンドブラスト加工により発光素子が載置される凸部４（図４参照）を形成し、その発光素子に接続する導体配線とするための領域である。また、第一のパターンとされるＡｕの厚みは、平均して０．１μｍから１．０μｍとする。これにより、第一のパターンは、スパッタリング工程におけるマスクとして十分に機能することができ、また、発光素子の電極と良好に接続して給電を行うことができる。
【００５３】
（工程２）
図２は、本工程によりサンドブラスト加工されるセラミックス基板を示す。セラミックス基板のうち、本工程によりセラミックス加工される部分は、斜線部の領域として示される。本工程は、第一のパターン２から露出されたセラミックス素地に対し、平均粒径が７．０μｍから３０μｍのアルミナ粒子を研磨材として、サンドブラスト加工を行う。このとき、研磨材を４０〜１５０ｍ／ｓの速度でセラミックス基板の表面に噴射させる。これにより、セラミックス基板に深さ約０．５ｍｍの凹部が形成される。また、表出されたセラミックス素地面は、その凹部側壁の傾斜角が７０度であり、表面粗さ（Ｒａ）が０．５から５．０μｍである。このような表面粗さとすることにより、セラミックス基板に対するレンズの接合強度が向上する。また、スパッタリングされた第二のパターン５は、セラミックス基板に密着し、セラミックス基板から剥離することがなくなる。
【００５４】
ところで、サンドブラスト加工のマスクとされた第一のパターン２の表面は、研磨材の噴射を受けることにより粗面化されている。このように、サンドブラスト加工の条件を適宜調整し、第一のパターンに表面粗さを付けることができる。これにより、外部電極との電気的接続を行う半田との濡れ性が向上し、信頼性に優れた半導体装置とすることができる。
【００５５】
（工程３）
図３に示されるように、サンドブラスト加工により切削され、表出されたセラミックス素地面に対し、第二のパターン５を施す。この第二のパターン５は、上記領域２ａから領域２ｂ、上記領域２ｃから領域２ｂまで連続したパターンとなるように、上記凹部側壁面（および凸部の側面）にも形成される。ここで、上記領域２ａから領域２ｂまで連続するパターンと、上記領域２ｃから領域２ｂまで連続するパターンとは互いに絶縁分離されている。また、図４に示されるように、第二のパターン５は、第一のパターン２と電気的に接続することとなる。また、第二のパターン５は、第一のパターン２と同様に、Ａｕを材料とするスパッタリングにより形成され、そのＡｕの厚みは、平均して０．１μｍから１．０μｍとする。以上の工程により、発光素子の支持部材となるセラミックス基板を形成する。
【００５６】
（発光素子）
本実施例における発光素子は、活性層として単色性発光ピークが可視光である４６０ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より詳細に説明すると、発光素子であるＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００５７】
本実施例のＬＥＤチップの素子構造としては透光性基板であるサファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されたｎ型コンタクト層となるｎ型ＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層を積層させ、さらに、バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層を１セットとして５セット積層して最後にバリア層となるＧａＮ層を積層させて活性層とし、該活性層は多重量子井戸構造としてある。さらに、活性層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。
【００５８】
エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐ型コンタクト層およびｎ型コンタクト層の各表面を露出させる。次に、ｐ型コンタクト層上にＩＴＯ（インジウムと錫の複合酸化物）およびＲｈを材料とするスパッタリングを順に行い、ストライプ状に露出されたｐ型コンタクト層のほぼ全面に拡散電極が設けられる。このような電極とすることにより、拡散電極を流れる電流がｐ型コンタクト層の広範囲に広がるようにし、およびＬＥＤチップの発光効率を向上させ、均一発光させることができる。
【００５９】
さらに、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕを材料とするスパッタリングを順に行い、拡散電極およびｎ型コンタクト層の一部に対し、積層させｐ側台座電極とｎ側台座電極とする。最後にダイシングによりチップ化し、□＝１ｍｍ×１ｍｍの半導体発光素子チップとする。
【００６０】
本実施例の発光素子において、ｎ型台座電極は、ストライプ状に露出されたｎ型半導体の両隅、すなわち発光素子チップの両隅に形成されている。また、エッチングにより露出されたｎ型半導体は、発光素子の上面方向からみて、ｎ型台座電極が形成される隅部の位置から発光素子の中央方向に向かって細くなった括れ部分を有する。また、互いに対向する一対の括れ部分を結ぶように延伸部を有する。さらに、その延伸部を挟むような位置に、ｐ側の半導体層、拡散電極あるいはｐ側台座電極が形成されている。
【００６１】
（発光素子の実装）
図３あるいは図４に示すように、セラミックス基板のサンドブラスト加工された前面には、そのほぼ中央に凸部４が形成される。図６に示されるように、本実施例においては、この凸部４の上面を実装面として、四個の発光素子チップが一列に配列されてフリップチップ実装される。
【００６２】
凸部４の上面には、上記第一のパターン２の形成時に同時に形成されたＡｕを材料とする導体配線が施されている。該導体配線は、バンプを介して発光素子のｐ側台座電極およびｎ側台座電極とそれぞれ対向する正負一対の導体配線とされる。発光素子は、そのｐ側およびｎ側台座電極がＡｕバンプを介して導体配線と対向される。さらに、荷重、超音波および熱をかけることにより、バンプを溶着し、上記導体配線に発光素子を接合する。
【００６３】
発光素子チップと実装面との間に生じる間隙には、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂がアンダーフィルとして充填されていることが好ましい。これにより、上記間隙による品質の低下を防止することができる。すなわち、発光素子チップと、その実装面との間に気泡が存在すると、発光素子チップの発熱時に気泡が膨張し、発光素子と導体配線との電気的接続不良を招くことがあるが、アンダーフィルにより気泡の発生を防止し、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００６４】
（光変換部材の形成）
発光素子は、蛍光物質を含む光変換部材により被覆されている。これにより、本実施例における発光装置は、発光素子からの光と、その光により励起されて発光する蛍光物質からの光との混色光を発光することができる。
【００６５】
本実施例における蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。光変換部材の材料は、シリコーン樹脂に、上記蛍光物質を２０〜７５ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行い、蛍光体と結着剤であるシリコーン樹脂との混合物とする。さらに、その混合物は、フリップチップ実装された半導体発光素子の発光観測側主面であるサファイア基板面に対し、スクリーン印刷後、硬化されることにより、光変換部材とされる。
【００６６】
（レンズの装着）
図５および図７に示されるように、本実施例において光学部材であるレンズ６は、発光装置の発光観測側に凸であり、セラミック基板に対向する実装側に半球状の空洞を有する球面部６ａと、該球面部６ａの外縁となり支持基板に固定される鍔部６ｂとを有する。その鍔部６ｂがセラミックス基板の前面に形成された凹凸形状に嵌合される。すなわち、鍔部６ｂの端部の一部がセラミックス基板の凹部側壁面に対向し、他の端部の一部がセラミックス基板の側面方向に配置されることにより位置あわせされる。
【００６７】
本実施例におけるレンズ６の装着は、窒素ガス雰囲気中で行われ、セラミック基板とエポキシ樹脂を接着剤として固定される。発光素子７は、レンズ６とセラミックス基板１とにより気密封止される。
【００６８】
レンズ６の材質は、軟質ガラス（ホウ珪酸ガラス）とし、レンズの鍔部６ｂの厚みは、セラミックス基板がサンドブラスト処理された深さ（凹部の深さ）とほぼ等しい０．５ｍｍである。したがって、鍔部６ｂの上面は、セラミック基板１の凹部側壁３ａの上面とほぼ同一平面であり、発光素子の実装面である凸部４の上面とほぼ同一平面とされる。これにより、凸部上面に実装された発光素子からの光は、鍔部や接着剤に遮られることなく、レンズの球面部に入射されるため、光学特性に優れた発光装置とすることができる。
【００６９】
なお、上記工程３において、サンドブラスト加工されたセラミックス素地面が露出するような第二のパターン配置とし、そのセラミックス素地面を接着面とすることが好ましい。これにより、金属材料からなる第二のパターンを接着面とする場合と比較して、光学部材の接着強度を向上させることができる。
【００７０】
以上、説明したように、本実施例にかかる半導体装置は、放熱性に優れた発光装置として量産性良く得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明にかかる支持基板および半導体装置は、投入される電力が比較的大きく、高出力の発光素子が収納された発光装置として、家庭用照明や車載用照明に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例にかかる発光装置の模式的な斜視図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を模式的に示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例にかかる発光装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・セラミックス基板
２、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・第一のパターン
３ａ、３ｂ・・・側壁
４・・・凸部
５・・・第二のパターン
６・・・レンズ
６ａ・・・球面部
６ｂ・・・鍔部
７・・・半導体発光素子
８・・・発光装置
【図１】
2005353893.tif 000003
【図２】
2005353893.tif 000004
【図３】
2005353893.tif 000005
【図４】
2005353893.tif 000006
【図５】
2005353893.tif 000007
【図６】
2005353893.tif 000008
【図７】
2005353893.tif 000009